PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS

Apresentação em tema: "PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS"— Transcrição da apresentação:

1 PRINCÍPIOS DA CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS
AULA 02: ESTRUTURA CRISTALINA DOS MATERIAIS Prof. Iran Aragão

2 Objetivo da aula Ao final desta aula, você deverá conhecer:
1. Estrutura da Matéria; 2. A malha cristalina; 3. Tipos principais de estruturas cristalinas; 4. Estrutura cristalina dos Metais.

3 INTRODUÇÃO Importância das ligações metálicas, iônicas e covalentes, na classificação dos metais, cerâmicos e polímeros;

4 INTRODUÇÃO Importância das ligações metálicas, iônicas e covalentes, na classificação dos materiais: metais, cerâmicos e polímeros. Conhecer as estruturas cristalinas dos materiais. Relacionar esta análise com o comportamento mecânico durante seu emprego;

5 LIGAÇÃO ATÔMICA As propriedades macroscópicas dos materiais dependem essencialmente do tipo de ligação entre os átomos. O tipo de ligação depende fundamentalmente dos elétrons (camada de valência). Os elétrons são influenciados pelos prótons e nêutrons que formam o núcleo atômico. Os prótons e nêutrons caracterizam quimicamente o elemento e seus isótopos.

6 CONSTITUIÇÃO DOS MATERIAIS
Os materiais são constituídos por átomos que, no estado sólido, se mantêm unidos por ligações químicas primárias e secundárias. Esse tipo de ligação afeta as propriedades químicas e físicas do material.

7 Forças de ligação e energias de ligação
O conhecimento das forças interatômicas que ligam os átomos entre si nos permitem entender muitas das propriedades físicas dos materiais. Sua magnitude varia com a distância.

8 FORÇAS DE LIGAÇÃO E ENERGIAS DE LIGAÇÃO

9 CONSTITUIÇÃO DA MATÉRIA
Basicamente toda matéria é constituída de Moléculas; o átomo é a unidade fundamental do material; a estrutura do átomo segue o modelo de Bohr:

10 CONSTITUIÇÃO DA MATÉRIA

11 LIGAÇÕES QUÍMICAS Representam a união entre os átomos de um mesmo elemento ou de elementos diferentes. Quando os átomos se unem, modificam sua eletrosfera, ganhando, perdendo ou compartilhando elétrons. Dependendo dos átomos que se unem, as ligações podem ser iônicas, covalentes, metálicas.

12 ASSOCIAÇÃO DE ÁTOMOS Iônica Covalente Metálica Van Der Waal

13 ASSOCIAÇÃO DE ÁTOMOS Ligação Iônica
Elétrons sendo liberados pelas camadas de valência;

14 Ligação iônica Resulta da atração entre cátions e ânions.
Todas as substâncias iônicas são sólidas. Apresentam-se na forma de cristais.

15 ASSOCIAÇÃO DE ÁTOMOS Covalente
Elétrons sendo compartilhados com átomos adjacentes (hidrogênio, ametais e semimetais). Esse tipo de ligação é comum em compostos orgânicos, por exemplo em materiais poliméricos e diamante. Quando os átomos se unem por ligação covalente formam as substâncias covalentes ou moleculares.

16 LIGAÇÃO COVALENTE Representação estrutural plana.

17 ASSOCIAÇÃO DE ÁTOMOS Van Der Waal
Elétrons não são compartilhados, apenas, há influência mútua das ondas eletrônicas estacionarias;

18 ASSOCIAÇÃO DE ÁTOMOS Van Der Waal São ligações secundárias ou físicas
A polarização (formação de dipólos) devido a estrutura da ligação produz forças atrativas e repulsivas entre átomos e moléculas A ligação é fraca Exemplo desse tipo de ligação acontece entre átomos de H e em estruturas moleculares polares

19 ASSOCIAÇÃO DE ÁTOMOS Metálica
Elétrons sendo compartilhados pelos átomos adjacentes;

20 LIGAÇÃO METÁLICA Um metal é formado por um conjunto de átomos iguais, dispostos em camadas superpostas.

21 LIGAÇÃO METÁLICA O que mantém os átomos unidos em um metal é a atração elétrica entre o conjunto dos elétrons praticamente livres e o conjunto dos cátions. As substâncias que se ligam através de ligações metálicas são os metais, e estes apresentam as propriedades de ductibilidade, maleabilidade e condutividade elétrica

22 LIGAÇÃO METÁLICA Forma-se com átomos de baixa eletronegatividade (apresentam no máximo 3 elétrons de valência) Os elétrons de valência são divididos com todos os átomos (não estão ligados a nenhum átomo em particular) e assim eles estão livres A ligação metálica não é direcional porque os elétrons livres protegem o átomo carregado positivamente das forças repulsivas eletrostáticas

23 REDES BRAVAIS O modelo resultante dessa disposição típica dos átomos é chamado reticulado; Estes sistemas admitem 14 combinações conhecidas como Rede de Bravais.

24 AS 14 REDES DE BRAVAIS Dos 7 sistemas cristalinos podemos identificar 14 tipos diferentes de células unitárias, conhecidas com redes de Bravais. Cada uma destas células unitárias tem certas características que ajudam a diferenciá-las das outras células unitárias. Estas características também auxiliam na definição das propriedades de alguns materiais.

25 REDES BRAVAIS As redes cristalinas mais importantes: Cúbica:
- Cúbica de corpo centrado (CCC); - Cúbida de face centrada (CFC). Hexagonal: - Hexagonal compacta (HC).

26 REDE CÚBICA DE CORPO CENTRADO (CCC)
A rede cúbica de corpo centrado é uma rede cúbica na qual existe um átomo em cada vértice e um átomo no centro do cubo. Os átomos se tocam ao longo da diagonal.

27 REDE CÚBICA DE CORPO CENTRADO (CCC)
NC: Número de Coordenação, que corresponde ao número de átomos vizinhos mais próximos.

28 REDE CÚBICA DE CORPO CENTRADO (CCC)
Fator de empacotamento atômico (APF= atomic packing factor)

29 REDE CÚBICA DE FACE CENTRADA (CFC)
A rede cúbica de face centrada é uma rede cúbica na qual existe um átomo em cada vértice e um átomo no centro de cada face do cubo. Os átomos se tocam ao longo das diagonais das faces do cubo.

30 REDE CÚBICA DE FACE CENTRADA (CFC)
a=4R

31 REDE CÚBICA DE FACE CENTRADA (CFC)
a=4R

32 REDE HEXAGONAL COMPACTA (HC)
A rede hexagonal compacta pode ser representada por um prisma com base hexagonal com átomos na base e no topo e um plano de átomos no meio da altura. O sistema Hexagonal Compacto é mais comum nos metais (ex: Mg, Zn, Be, Cd).

33 REDE HEXAGONAL COMPACTA (HC)

34 REDE HEXAGONAL COMPACTA (HC)

35 TABELA RESUMO PARA O SISTEMA CÚBICO
Átomos Número de Parâmetro Fator de por célula coordenação de rede empacotamento CCC R/(3)1/ ,68 CFC R/(2)1/ ,74

36 ALOTROPIA DO FERRO PURO
A temperaturas acima de 912° o Fe apresenta-se na forma alotrópica  (CCC); Acima de 912° até 1394°  (CFC); Acima de 1394° até 1538°  (CCC). A alotropia do Fe é importante porque a forma alotrópica pode dissolver o Carbono (C) até 2,11% a 1148o, o que tem grande significado no tratamento térmico dos aços.

37 Bom Estudo! Até a próxima aula!